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Doctorant "Vers une prochaine génération d'expériences CMB basées sur la technologie KID" (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : lundi 11 juillet 2022

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Informations générales

Référence : UMR5821-CHRVEL-119
Lieu de travail : GRENOBLE
Date de publication : lundi 20 juin 2022
Nom du responsable scientifique : Andréa Catalano
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

La nouvelle génération d'instruments pour les observations aux plongeurs d'ondes millimétriques et sub-millimétriques nécessitent des optiques à grande étendue de faisceau et à large champ de vue pour augmenter la vitesse de cartographie. Du point de vue instrumental, cela implique essentiellement quatre axes de développement dans le cas de la technologie KID :
1) Développement d'un plan focal à grande échelle avec des dizaines de milliers de détecteurs limités par le bruit des photons.
2) Développements d'électroniques de lecture à faible consommation d'énergie avec des facteurs de multiplexage très élevés.
3) Grands éléments optiques (miroirs et lentilles).
4) Très bon contrôle des erreurs systématiques induites par la technologie.

Pour mieux suivre chacun de ces points, nous avons récemment renforcé les activités de KID-GIS en équipant un nouveau laboratoire millimétrique au LPSC. Ce laboratoire est installé dans le hall du projet LPSC et il est prévu de travailler en parallèle avec celui déjà en place à l'Institut Néel et à l'IRAM. Dans ce nouveau laboratoire nous prévoyons de concentrer nos activités sur les items 2), 3), 4) grâce aux financements du CNES, du Labex Focus et du Labex ENIGMASS. Bien que le point 2) soit géré par le service électronique LPSC, le laboratoire millimétrique servira de support pour les essais à froid. Pour les deux prochaines années, les principales R&D porteront sur :

1) Lentilles en silicium : Techniques de traitement antireflet (AR) dédiées aux grandes lentilles. Cela peut se faire via l'utilisation d'une fraiseuse spécifique que nous acquerrons en 2022 grâce à un financement du Labex ENIGMASS. Une fois conçus et fabriqués, ces éléments optiques doivent être testés et validés en laboratoire avant l'intégration dans de nouveaux instruments et l'installation in situ. Cet équipement de fraisage peut être utilisé pour des instruments dans différents domaines, autres que ceux liés à la technologie KID. En particulier, ces développements peuvent représenter une étape obligatoire pour une participation à de grandes collaborations CMB telles que CMB-S4 et Litebird.
2) Contrôle des effets systématiques pour les mesures de polarisation :
Les détecteurs LEKID utilisés sur les photomètres ont montré un fort potentiel de performance dans la gamme de longueurs d'onde entre 200 μm et 3 mm (de 100 GHz à 1,5 THz). Au contraire, il se pose le problème du contrôle du faisceau en polarisation et des effets systématiques associés. De plus, le contrôle de la polarisation parasite instrumentale est un point ouvert. Dans le cadre d'une R&T CNES nous avons proposé d'étudier les performances en polarisation et les erreurs systématiques liées à une configuration particulière qui consiste à placer deux matrices de LEKID perpendiculaires l'un à l'autre où chacune de ces matrices permet une mesure de polarisation à 90° l'une par rapport à l'autre. Un polariseur à 45° travaille en transmission ou en réflexion sur l'une ou l'autre des matrices. Il n'y a pas de pertes de photons pendant le processus de détection. Afin de faire cette caractérisation, nous avons besoin de développer un banc d'essai qui doit abaisser et contrôler les effets systématiques (contrôle du lobe, absence d'effets de polarisation de la source,....). Les résultats de cette étude seront comparés à d'autres configurations de polarimètres qui sont utilisées (ou envisagent d'être utilisées) dans des expériences en cours ou futures.

Description du travail de doctorat :

L'objectif principal de la thèse de doctorat proposée est d'atténuer de toutes les manières possibles les effets systématiques limitants pour la prochaine génération d'expériences CMB. Cela nécessitera l'identification et la modélisation des systématiques, des mesures détaillées de haute précision en laboratoire et le développement de procédures d'étalonnage pendant les opérations.
Dans ce contexte, le travail proposé consiste en les deux R&D proposées précédemment mais plus généralement dans la plupart des activités du GIS. Le candidat aidera à la conception et au test du nouveau prototype des lentilles en silicium. Il/elle testera de nouvelles matrices de détecteurs et il/elle étudiera en détail le problème pour qualifier les LEKID et les optiques annexes. L'étudiant participera également à la conception et à l'évolution du nouvel instrument haute résolution dédié aux observations CMB, qui sont à l'étude au sein du GIS.
Enfin, l'étudiant sera initié à la collaboration "LiteBIRD" en participant à la conception des étalonnages au sol. Le LPSC est responsable de la caractérisation spectrale et de la polarisation au sol des instruments MFT et HFT.

Description détaillée des objectifs et des tâches accomplies :

La personne recrutée rejoindra le groupe de cosmologie du LPSC et travaillera en collaboration étroite avec nos collègues de l'Institut Néel. Il sera en charge de tâches spécifiques telles que :
1) Elle/Il participera activement aux activités expérimentales du groupe citées précédemment par un travail quotidien au laboratoire millimétrique au LPSC et à l'Institut Néel.
2) Sur la base des travaux précédents, il/elle définira les principales exigences scientifiques du nouvel instrument en étroite collaboration avec les équipes instrumentales et d'analyse. Il/elle procédera également à l'optimisation des principaux paramètres instrumentaux et topographiques tels que la sensibilité globale et le temps d'observation, l'échantillonnage en fréquence, les capacités de polarisation et la couverture du ciel.

3) Elle/Il rejoindra également la collaboration LiteBIRD. En plus de promouvoir nos solutions instrumentales et scientifiques, elle/il acquerra une expertise dans la caractérisation et la modélisation systématiques précises. Il/elle pourra appliquer l'expérience acquise sur le développement du banc de test pour la caractérisation spectrale et de polarisation. Le projet a déjà terminé la phase A1 au CNES, et il est aujourd'hui dans une phase A2 prévue pour durer jusqu'à fin 2022. Le timing pour l'étudiant sera donc parfait. De plus, dans le cadre de la collaboration LiteBIRD, il/elle aura l'opportunité d'interagir et de collaborer avec les meilleurs scientifiques du domaine du CMB.

Contexte de travail

Le laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie de Grenoble (LPSC) (http://lpsc.in2p3.fr) est une unité mixte de recherche associant le CNRS-IN2P3, l'Université Grenoble Alpes (UGA) et l'école Grenoble INP, pour un effectif moyen d'environ 230 personnes.
Le doctorant(e) sera affecté́(e) à l'équipe COSMO-ML composé de 4 chercheurs/Enseignants-chercheurs, 1post-doctorant et 2 doctorants.
Il/elle sera placé(e) sous l'autorité hiérarchique directe du responsable d'équipe Monsieur Frédéric Mayet.
Son directeur de thèse sera Andréa Catalano ,Alessandro Monfardini (Institut Néel) sera le co-directeur de thèse.

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